实验动物设施独特的通风要求（上）

一、通风系统的主要目标

动物实验室气流控制系统应设计满足如下要求：

1.为动物提供一个稳定的环境

2.满足动物和工作人员安全和舒适的需要

3.为动物提供一个稳定的环境

动物实验室条件的微小变化都可能会对科学研究产生破坏作用。因此，动物设施中气流和气候控制系统的作用不能忽视。《实验动物管理与使用指南》（1996 年版）中指出：“合乎要求的房舍和动物设施管理对于动物的舒适、研究数据的品质、使用动物的教学或实验以及工作人员健康和安全至关重要。”一个设计良好的暖通空调系统将把气候条件的变化减至最小，确保研究结果在一个稳定的、可以信赖的环境下产生。

4.满足动物和人员的安全和舒适需要

 生物医学研究人员会指出：在动物实验室中，通风系统的主要目的是控制污染物的传播路径以保证动物及工作人员的安全。而另一方面，设施工程师却主张将房间的空气调节得更为舒适才是通风系统的主要目的。事实上，所有动物及工作人员的安全和舒适都应该得到保证。

二、大环境

饲养房间在实验动物设施中是一个大环境，它需要对温度、相对湿度、气流、压力及照明进行监控的可靠的监测控制系统。HVAC的设备需要冗余及应急电源以尽可能保持动物环境稳定和恒定不变。

为达到大环境的主要目标，一定要对各种参数进行控制。其中最重要的参数有：

1.压力

2.温度及相对湿度

3.通风率（即换气次数）

压力：

在动物实验室中，采用设置压力区的方法来控制空气污染物和过敏原的路径。通常，屏障区要维持正压，而阻隔区域要维持相对负压。

对于行业中广泛应用的单走廊屏障设施，动物饲养室压力控制有几种方法（这里不涉及同时具有清洁及污染房间的混合设施）。其中一些将所有的动物饲养室维持在相对正压，从而使污染物远离无病的动物；其它的则是在所有动物都没有疾病的前提下，将所有房间保持相对负压。如果疾病在一个动物身上发生，则房间负压将疾病遏制在这个房间中。其方法是：从病毒被查出直至被清除这段时间里， 负压将保证这种疾病被遏制在房间中。要根据研究工作要求、建筑布局和通风系统容量确定合适的压力控制方案，有必要对每一设施进行评估。对于大多数设施来说，压力可切换合乎需要，因为它提供了最大的灵活性。

动物饲养室的压力选择：大环境可能根据需要维持在正压或负压下，而一些设施要求房间压力是可改变的。

资料出处：实验动物管理及使用指南

实验动物设施压力控制要点有：

1.建筑的密闭性和结构的稳定性

2.压差控制与余风量

3.压力梯度

(1)建筑密闭性和结构的稳定性

动物房间的一个最为关键的特点是其建筑密闭性，这一事实在房间交付使用后会得到证实。压力能否达到其希望的标准完全取决于房间的墙壁，天花板，门和房间围护的适当密封。有渗漏的地方一定要做好充分的填补，所有的门一定要有持久而有效的密封，以阻止害虫进入和藏身。建筑结构的完整性也会影响压力控制性能。

(2)压差控制与余风量

余风量已被证明是获得动物实验室稳定压力的最有效方法，准确的余风量控制为动物及工作提供了一个稳定的环境。将压力控制到一个特定值的压差控制法，是一个非常困难且不稳定的方法。美国国家标准研究所（ANSI）与美国工业卫生协会（AIHA）一起，支持对实验室环境采用余风量方法来解决压差控制问题。ANSI的标准 Z9.5（参照通用实验室空间）中有下面这个观点：“规定定量的压力差是糟糕的设计依据… 而真正需要的是余风量（ANSI / AIHA Z9.5）。

(3)压力梯度

不同的设施，动物饲养室与走廊之间压差的大小是变化的。大多数情况下采用的压力范围是 0.03到0.075英寸水柱（约7.47 到 18.67Pa，0.05″是最常用的），并且在压差过低时要报警。对重要房间进行压力监测有利于表明压力控制水平。许多设施都需要室内压力监测，可选择房间压差就地监测，也可将其集成到大楼管理系统之中。

温度及相对湿度：

动物研究设施需要一套稳定的通风控制系统来维持正确的环境参数。温度是其中最关键的参数，并且通常要被控制到设定值的±2℉（或±1℃），温度设定值为 61-84℉（16-29℃）之间。因为不同房间的热负荷有较大不同，实验室内的每一个房间都需要有自己的温度控制系统。长时间里只使用单一品系动物的设施设计采用的温度范围可能比较狭小。

在大多数应用中，相对湿度（RH）控制的目标为 30-70%，其设定值在 50-55%。在冬季，距离赤道越远，维持相对湿度在 30%以上可能就越困难。因为可接受的湿度范围是在 30-70%之间，多房间系统可以作为一个单独区域来控制，特别当它们不是主要房间时，如储藏室或某些类型的操作工序的房间。湿度控制中阀件的使用可能会十分昂贵，因此应作评估以确定其合理性。

通风率：

动物研究设施所采用的 100%的全新风空气换气次数要比其它的研究实验室高许多。这主要归因于动物居住稠密的动物房间内产生的热量和污染物。虽然指南中指出“每小时 10-15次新鲜空气的换气被看作是可接受的一般标准”，但每小时 18-20次的换气也是很普遍的。即使采用了这些增高的空气换气次数，除非有缓解的策略实施，过度的气味及以空气传播的过敏源可能仍旧是个问题。

对较低换气次数和变风量控制的思考

降低 100%全新风系统每小时空气换气次数（ACH）这一技术还没有被广泛应用于实验动物设施中，但考虑降低换气次数是有益的。变风量（VAV）控制系统提供了最大程度的灵活性和适应性，可以更有效地使用通风系统。系统具有降低通风率的能力，这常常会证明对 VAV系统的额外投资是合理的。

在以下情况下可以考虑降低设施的换气次数（ACH）：

1.动物的初级围护结构（小环境）不受影响

2.房间状态（温度和湿度）在换气次数较低时能够得到控制

3.动物热负荷可以被直接排出室外

4.一个房间中饲养的动物数量减少了

5.没有工作人员使用房间

6.操作和使用是阶段性的（例如：动物笼清洗 = 8小时开，16小时关）

每个房间都需要一定量的通风以对这一空间进行正确控制。使用的空气量超过达到前述各种目标所必要的空气量是一种能量的浪费。一套优质的VAV系统会将房间换气次数控制在适当的并且是最低的数值，同时还对房间内的变化作出反应，这样房间环境就能够保持稳定和舒适。

减少换气次数有许多益处，包括：

1.降低能耗

2.降低运行费用

3.减少 HVAC系统的噪声和失调

4.减少系统部件的耗损

5.当低换气次数区域的通风调高时房间饲养容量增加

为啮齿类动物提供的带通风的动物笼稳定了动物的初级环境。如果动物笼与建筑的排风系统相连，减少房间内换气次数的考虑就合理了。通过将笼架内的空气直接排入房屋的排风系统，房内的气味、气体排放物和热负荷都会被排出房间而不会重又循环回到房间内。热负荷和通风负荷降低时可考虑采用较为传统的 6-8 次/小时的换气次数。VAV房间控制还可以被考虑用来进一步改善房间状况、降低能量消耗。

实验室A：换气次数15次/小时，将笼中气体直接排入房间

实验室B：换气次数8次/小时，将笼中气体排入建筑物排风系统

实验室A中的动物笼直接向房间排风，这就需要较高的空气换气次数（15次/小时）去排除热量、气味和气体污染物。实验室B中的动物笼向建筑物排风系统排风，这显著减少了房间内热负荷、气味和易挥发的刺激物。这使得在B的条件下，房间换气次数降低。

小环境

动物笼是动物的初级围护结构或者小环境。根据指南，初级围护结构应设计提供足够的通风。并且不对动物正常的生理和行为需要产生压力。

静态的，带过滤器盖的动物笼

一种形式的啮齿类动物房舍是过滤器盖动物笼，因为其空气交换量最小（少于1 次/小时），所以也被称作静态的小环境。笼子被放在架子上或在通风的围护结构中。包含过滤器盖的动物笼主要是作为保护动物免受空气传播病菌伤害的屏障，但也可用作一种隔离空间。尽管过滤器盖有效限制了空气传播物质的通过，但由于空气缺少流动，导致了笼内湿度及气体浓度的迅速增长，这就需要频繁更换垫料。频繁更换垫料需要昂贵的劳动力，且将人员和动物暴露在病原体之下的可能性更高，此外，动物笼有额外的耗损、要设置动物笼清洗区，还需要有一般性的费用。这些缺点并不会导致不使用这种类型的动物笼。事实上，静态动物笼对生物安全 2级和3级的研究尤其有用，在此类研究中，阻隔是关键问题。

带通风的动物笼系统

自从在 70年末开始采用带通风的动物笼架以来，在啮齿类动物饲养设施中， 这种动物笼已经成为理想的标准设备，它是对静态动物笼的补充，减少了静态动物笼的使用。典型情况，单个动物笼里饲养 4－5只小鼠或 1－2只大鼠。带 HEPA 过滤器的专用的送风和排风机用于维持笼内正压（有时是负压），风机一般安置在架子上。尽管加在有 100个以上动物笼的笼架上的典型总送风量低于50CFM，每个笼内的通风率一般要达每小时50次换气甚至更多。这样高的换气降低了笼内氨和其它废物的浓度。笼架还能够提供自动供水系统的固定架和节省人力的系统，现在获得了越来越多的研究机构的认可。所有这些特点都对动物环境的改善起到了作用。